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JP5934031B2 - Gradation reduction apparatus and program - Google Patents

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JP5934031B2
JP5934031B2 JP2012135017A JP2012135017A JP5934031B2 JP 5934031 B2 JP5934031 B2 JP 5934031B2 JP 2012135017 A JP2012135017 A JP 2012135017A JP 2012135017 A JP2012135017 A JP 2012135017A JP 5934031 B2 JP5934031 B2 JP 5934031B2
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俊枝 三須
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Description

本発明は、原画像の階調を削減する階調削減装置及びそのプログラムに関するものである。   The present invention relates to a gradation reduction device for reducing gradation of an original image and a program thereof.

人間の視覚感度は、急激に明るさの変化する高周波に対して低く、緩やかに変化する低周波に対して高い。従来、このような人間の視覚特性に基づいて検出した色テーブルを用いて階調削減(再量子化)を行う階調削減装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の階調削減装置は、具体的には、多階調画像データをガンマ補正処理がされていない状態に戻した多階調画像データに対して、まず、基準色テーブルを用いて階調削減処理を行う。誤差検出回路は、この階調削減画像データの階調削減誤差を検出し制御回路に供給する。制御回路は、階調削減誤差を所定の閾値と比較し、該閾値以上の場合は、階調削減誤差が所定の閾値以下となるまで基準色テーブルを変化させ、再度階調削減処理を行い、階調削減誤差を検出するように各部を制御する。そして、階調削減誤差が所定の閾値以下となったときの基準色テーブルを用いて、その画像の階調削減処理を行う。   Human visual sensitivity is low for high frequencies where the brightness changes rapidly, and high for low frequencies where it changes slowly. Conventionally, a gradation reduction device that performs gradation reduction (requantization) using a color table detected based on such human visual characteristics is known (for example, see Patent Document 1). More specifically, the gradation reduction device described in Patent Document 1 first uses a reference color table for multi-gradation image data obtained by returning multi-gradation image data to a state in which gamma correction processing has not been performed. To perform gradation reduction processing. The error detection circuit detects the gradation reduction error of the gradation reduced image data and supplies it to the control circuit. The control circuit compares the gradation reduction error with a predetermined threshold value.If the gradation reduction error is equal to or greater than the threshold value, the reference color table is changed until the gradation reduction error is equal to or less than the predetermined threshold value, and the gradation reduction process is performed again. Each unit is controlled to detect a gradation reduction error. Then, the gradation reduction processing of the image is performed using the reference color table when the gradation reduction error is equal to or less than a predetermined threshold.

また、画像の階調値(輝度値)ごとの度数を示すヒストグラムを調べ、階調削減を行う際に、度数が高い階調値ほど多くの階調を割り当てるようにするLloyd-Max法が知られている(例えば、非特許文献1及び2参照)。   In addition, the Lloyd-Max method is known, in which a histogram showing the frequency for each gradation value (luminance value) of an image is examined, and when gradation reduction is performed, more gradations are assigned to gradation values with higher frequencies. (For example, see Non-Patent Documents 1 and 2).

特開平9−321988号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-321988

S.P.Lloyd, “Least squares quantization in PCM”, IEEE Trans. Information Theory, vol.IT-28, pp.129-136, March 1982S.P.Lloyd, “Least squares quantization in PCM”, IEEE Trans. Information Theory, vol.IT-28, pp.129-136, March 1982 J.Max, “Quantizing for minimum distortion”, IEEE Trans. Information Theory, vol.IT-7, pp.7-12, March 1960J. Max, “Quantizing for minimum distortion”, IEEE Trans. Information Theory, vol.IT-7, pp.7-12, March 1960

しかし、従来のビット誤差丸め処理など線形階調変換による階調削減は、どの階調値においても単純な階調間引き処理による階調削減を行うため、画像劣化が大きかった。また、特許文献1に記載の階調削減装置は、どのような画像についても同じ視覚特性データに基づいて重み付けするため、画像ごとに個別に最適化することはできなかった。   However, the gradation reduction by the linear gradation conversion such as the conventional bit error rounding process has a large image deterioration because the gradation reduction is performed by a simple gradation thinning process at any gradation value. In addition, since the gradation reduction device described in Patent Document 1 weights any image based on the same visual characteristic data, it has not been possible to optimize each image individually.

一方、従来のLloyd-Max法は、度数が高い階調値に多くの階調を割り当てて階調削減を行うため、原画像と階調削減画像との誤差を最小化するという観点から最適な階調削減方法といえる。しかし、Lloyd-Max法では視覚的かつ信号処理の観点からは最適な階調削減とはいえなかった。なぜなら、Lloyd-Max法では例えば雑音が支配的な階調値においても、その度数が高ければ多くの階調を割り当てて階調削減を行ってしまうからである。   On the other hand, the conventional Lloyd-Max method assigns a large number of gradations to gradation values with a high frequency and performs gradation reduction, which is optimal from the viewpoint of minimizing the error between the original image and the gradation-reduced image. This can be said to be a gradation reduction method. However, the Lloyd-Max method cannot be said to be the optimum gradation reduction from the viewpoint of visual and signal processing. This is because, in the Lloyd-Max method, for example, even in a gradation value where noise is dominant, if the frequency is high, gradation is reduced by assigning many gradations.

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、視覚的かつ信号処理的に優れ、画像ごとに最適化された階調削減を行うことが可能な階調削減装置及びプログラムを提供することにある。   An object of the present invention made in view of such circumstances is to provide a gradation reduction device and a program that are excellent in visual and signal processing and that can perform gradation reduction optimized for each image. .

上記課題を解決するため、本発明に係る階調削減装置は、原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成する周波数分解部と、前記周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出し、原画像から孤立点を除去した雑音除去画像を生成する雑音除去画像生成部と、前記雑音除去画像のヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成する階調削減初期情報生成部と、前記訓練データ及び前記階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により前記原画像の階調を削減する階調削減部と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a gradation reduction apparatus according to the present invention includes a frequency resolving unit that frequency-decomposes an original image to generate a plurality of frequency band components, and an isolated point of the original image by analyzing the frequency band components. A noise-removed image generation unit that generates a noise-removed image in which isolated points are removed from the original image, and a gradation conversion table for generating a histogram of the noise-removed image as training data and reducing gradation A tone reduction initial information generation unit that generates the tone data, and a tone reduction unit that reduces the tone of the original image by the Lloyd-Max method using the training data and the tone conversion table as initial values. Features.

さらに、本発明に係る階調削減装置において、前記雑音除去画像生成部は、前記周波数帯域成分のうち、最も高い周波数帯域成分について、第1の閾値を超える画素の階調値を1、前記第1の閾値以下の画素の階調値を0とする2値化画像を生成し、前記2値化画像の階調値が1である画素について、該画素を中心とする所定の判定領域内の階調値の合計値が第2の閾値以下である場合には、当該画素に対応する原画像の画素を孤立点と判定することを特徴とする。 Furthermore, in the gradation reduction device according to the present invention, the noise-removed image generation unit sets the gradation value of a pixel exceeding a first threshold to 1 for the highest frequency band component among the frequency band components, and the first A binarized image in which the gradation value of a pixel equal to or less than a threshold value of 1 is set to 0 is generated, and a pixel having a gradation value of 1 in the binarized image is within a predetermined determination region centered on the pixel. When the total value of the gradation values is equal to or less than the second threshold value, the pixel of the original image corresponding to the pixel is determined as an isolated point .

さらに、本発明に係る階調削減装置において、前記周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成するグラデーション画像生成部を更に備え、前記階調削減初期情報生成部は、前記雑音除去画像のヒストグラムに対して、前記グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けしたヒストグラムを前記訓練データとして生成することを特徴とする。 The gradation reduction apparatus according to the present invention further includes a gradation image generation unit that analyzes the frequency band component to detect a gradation area of the original image and generates a gradation image including only the gradation area. The key reduction initial information generation unit generates a histogram weighted so that the frequency of the gradation value of the gradation image is higher than the histogram of the noise-removed image as the training data .

また、本発明に係る階調削減装置は、原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成する周波数分解部と、前記周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成するグラデーション画像生成部と、前記原画像のヒストグラムに対して、前記グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けしたヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成する階調削減初期情報生成部と、前記訓練データ及び前記階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により、前記原画像の階調を削減する階調削減部と、を備えることを特徴とする。   Further, the gradation reduction apparatus according to the present invention detects a gradation region of the original image by analyzing the frequency band component by analyzing the frequency band component by frequency-decomposing the original image to generate a plurality of frequency band components, A gradation image generation unit that generates a gradation image consisting only of a gradation region, and a histogram weighted so as to increase the frequency of the gradation value of the gradation image with respect to the histogram of the original image as training data, A gradation reduction initial information generation unit that generates a gradation conversion table for reducing gradation, and the Lloyd-Max method using the training data and the gradation conversion table as initial values, the gradation of the original image is determined. And a gradation reduction unit for reduction.

さらに、本発明に係る階調削減装置において、前記グラデーション画像生成部は、前記周波数帯域成分の各位相位置の空間周波数スペクトルを取得して空間低周波パワーの割合を算出し、該空間低周波パワーの割合が所定のスペクトルパワー閾値を超える領域をグラデーション領域と決定することを特徴とする。   Furthermore, in the gradation reduction device according to the present invention, the gradation image generation unit obtains a spatial frequency spectrum at each phase position of the frequency band component to calculate a spatial low frequency power ratio, and the spatial low frequency power A region in which the ratio exceeds a predetermined spectral power threshold is determined as a gradation region.

また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記階調削減装置として機能させることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a program according to the present invention causes a computer to function as the gradation reduction device.

本発明によれば、視覚的かつ信号処理的に優れ、画像ごとに最適化された階調削減を行うことができるようになる。   According to the present invention, it is possible to perform gradation reduction which is excellent in visual and signal processing and optimized for each image.

本発明の実施例1の階調削減装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the gradation reduction apparatus of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の階調削減装置における周波数分解部による処理を説明する図である。It is a figure explaining the process by the frequency decomposition part in the gradation reduction apparatus of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の階調削減装置における雑音除去画像生成部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the noise removal image generation part in the gradation reduction apparatus of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の階調削減装置における孤立点検出部による孤立点判定処理を説明する図である。It is a figure explaining the isolated point determination process by the isolated point detection part in the gradation reduction apparatus of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の階調削減装置における孤立点検出部による孤立点除去処理を説明する図である。It is a figure explaining the isolated point removal process by the isolated point detection part in the gradation reduction apparatus of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の階調削減装置における階調削減初期情報生成部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the gradation reduction initial information generation part in the gradation reduction apparatus of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の階調削減装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the gradation reduction apparatus of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2の階調削減装置におけるグラデーション画像生成部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the gradation image generation part in the gradation reduction apparatus of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2の階調削減装置におけるグラデーション画像生成部による処理を説明する図である。It is a figure explaining the process by the gradation image generation part in the gradation reduction apparatus of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2の階調削減装置における階調削減初期情報生成部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the gradation reduction initial information generation part in the gradation reduction apparatus of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3の階調削減装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the gradation reduction apparatus of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3の階調削減装置における階調削減初期情報生成部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the gradation reduction initial information generation part in the gradation reduction apparatus of Example 3 of this invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、本発明の実施例1の階調削減装置について説明する。実施例1の階調削減装置は、原画像の雑音を考慮して原画像の階調を削減する。図1は、実施例1の階調削減装置の構成例を示すブロック図である。図1に示すように、階調削減装置1は、周波数分解部10と、雑音除去画像生成部20と、階調削減初期情報生成部30と、階調削減部40と、を備える。   First, the gradation reduction apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. The gradation reduction apparatus according to the first embodiment reduces the gradation of the original image in consideration of the noise of the original image. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of the gradation reduction apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the gradation reduction device 1 includes a frequency decomposition unit 10, a noise-removed image generation unit 20, a gradation reduction initial information generation unit 30, and a gradation reduction unit 40.

周波数分解部10は、原画像を周波数分解(例えば、ウェーブレット分解)して複数の周波数帯域成分を生成し、雑音除去画像生成部20に出力する。   The frequency decomposition unit 10 performs frequency decomposition (for example, wavelet decomposition) on the original image to generate a plurality of frequency band components, and outputs them to the noise-removed image generation unit 20.

図2は、周波数分解部10による空間方向の周波数分解処理を説明する図である。図2では、原画像を空間方向に3階ウェーブレット分解した場合の分解図を示している。この分解図では空間周波数成分を、水平方向においては右側ほど高周波成分とし、垂直方向においては下側ほど高周波成分としている。ウェーブレット分解の階数を大きくするほど周波数帯域が細かく分解され、n階ウェーブレット分解した場合、3n+1個の周波数帯域成分が生成される。なお、空間方向に加えて時間方向に周波数分解を行ってもよい。   FIG. 2 is a diagram for explaining the frequency resolution processing in the spatial direction by the frequency resolution unit 10. FIG. 2 shows an exploded view when the original image is subjected to third-order wavelet decomposition in the spatial direction. In this exploded view, the spatial frequency component is a higher frequency component on the right side in the horizontal direction and a higher frequency component on the lower side in the vertical direction. As the rank of the wavelet decomposition is increased, the frequency band is more finely decomposed. When the n-th wavelet decomposition is performed, 3n + 1 frequency band components are generated. Note that frequency decomposition may be performed in the time direction in addition to the spatial direction.

雑音除去画像生成部20は、周波数分解部10により生成された周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出し、該孤立点を雑音とみなす。そして、原画像から雑音が除去された雑音除去画像を生成し、階調削減初期情報生成部30に出力する。   The noise-removed image generation unit 20 detects the isolated point of the original image by analyzing the frequency band component generated by the frequency decomposition unit 10, and regards the isolated point as noise. Then, a noise-removed image from which noise has been removed from the original image is generated and output to the gradation reduction initial information generation unit 30.

図3は、雑音除去画像生成部20の構成例を示すブロック図である。図3に示すように、雑音除去画像生成部20は、孤立点検出部201と、再構成部202と、を備える。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the noise removal image generation unit 20. As illustrated in FIG. 3, the noise removal image generation unit 20 includes an isolated point detection unit 201 and a reconstruction unit 202.

孤立点検出部201は、周波数分解部10により生成された周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出する。具体的には、孤立点検出部201は、周波数分解部10により生成された複数の周波数帯域成分のうち、最も高い周波数帯域成分HHについて、所定の閾値Thを超える画素の階調値を1とし、閾値Th以下の画素の階調値を0とする2値化画像Bを生成する。閾値Thは、例えば周波数帯域成分HHの非零の全階調値の中央値又は平均値とする。 The isolated point detection unit 201 analyzes the frequency band component generated by the frequency resolution unit 10 and detects an isolated point of the original image. Specifically, the isolated point detection unit 201 determines the gradation value of a pixel that exceeds a predetermined threshold Th 1 for the highest frequency band component HH 1 among the plurality of frequency band components generated by the frequency decomposition unit 10. A binarized image B is generated in which 1 is set and the gradation value of pixels equal to or less than the threshold Th 1 is set to 0. Threshold Th 1 is, for example, the median or average value of the entire gradation values of nonzero frequency band component HH 1.

孤立点検出部201は、2値化画像Bの階調値が1である画素について、該画素を中心とする所定の判定領域内の階調値の合計値と、所定の閾値Thとを比較する。2値化画像Bの判定領域内の階調値の合計値が閾値Thを超える場合には、当該画素は孤立点要素ではないと判定し、2値化画像Bの判定領域内の階調値の合計値が閾値Th以下である場合には、当該画素を孤立点要素と判定し、孤立点要素に対応する原画像の画素を孤立点と判定する。 The isolated point detection unit 201 calculates, for a pixel whose gradation value is 1 in the binarized image B, a total value of gradation values in a predetermined determination region centered on the pixel and a predetermined threshold Th 2 . Compare. If the total value of the gradation values of the determination area of the binarized image B exceeds the threshold Th 2 is the pixel is determined not to be an isolated point elements, the gradation in the determination area of the binarized image B If the total value of the values is the threshold value Th 2 or less determines determines the pixel as the isolated point element, a pixel of the original image corresponding to the isolated point elements as isolated point.

図4は、孤立点検出部201による孤立点判定処理を説明する図である。図4に示す例では、判定領域は3×3画素である。閾値Thを1とすると、2値化画像Bの階調値が1となる画素の周囲の8画素の階調値が0であるときのみ、2値化画像Bの階調値が1である画素を孤立要素とみなす。よって、閾値Th=1の場合、図中の画素P1は孤立点要素であると判定され、画素P2とP3は孤立点要素と判定されない。 FIG. 4 is a diagram for explaining isolated point determination processing by the isolated point detection unit 201. In the example shown in FIG. 4, the determination area is 3 × 3 pixels. When the threshold Th 2 is 1, the gradation value of the binarized image B is 1 only when the gradation values of the 8 pixels around the pixel where the gradation value of the binarized image B is 1 are 0. A pixel is regarded as an isolated element. Therefore, when the threshold Th 2 = 1, the pixel P1 in the figure is determined to be an isolated point element, and the pixels P2 and P3 are not determined to be isolated point elements.

そして、孤立点検出部201は、孤立点要素であると判定した画素位置について、各周波数帯域成分の階調値を0とし、孤立点要素の階調値を0とした周波数帯域成分を再構成部202に出力する。ただし、直流成分に雑音が含まれる場合には孤立点要素として検出されないおそれがあるため、直流成分を有する周波数帯域成分LLについては階調値を変更しないようにするのが好適である。 Then, the isolated point detection unit 201 reconfigures the frequency band component with the gradation value of each frequency band component set to 0 and the gradation value of the isolated point element set to 0 for the pixel position determined to be an isolated point element. To the unit 202. However, since if the noise is included in the DC component it may not be detected as an isolated point element, the frequency band component LL 3 having a DC component is preferable to not change the tone value.

図5は、孤立点検出部201による孤立点除去処理を説明する図である。デシメーション有り(すなわち、周波数帯域成分の画像サイズの縮小有り)で3階ウェーブレット分解をした場合、分解階数(分解レベル)が1の周波数帯域成分(HH,HL,LH)の4×4画素の領域と、分解階数が2の周波数帯域成分(HH,HL,LH)の2×2画素の領域と、分解階数が3の周波数帯域成分(HH,HL,LH,LL)の1画素の領域とが対応する。図中には、同じ位相位置にある領域A〜Jを示している。孤立点検出部201は、周波数帯域成分HHのある画素jを孤立点と判定したとき、画素jを含む4×4画素の領域Jの階調値を0とするとともに、領域Jと同じ位相位置にある領域B〜Iの階調値を0とする。上述したように周波数帯域成分LLの領域Aについては階調値を変更しないようにするのが好適である。 FIG. 5 is a diagram for explaining the isolated point removal processing by the isolated point detection unit 201. When the third-order wavelet decomposition is performed with decimation (that is, the image size of the frequency band component is reduced), 4 × 4 of frequency band components (HH 1 , HL 1 , LH 1 ) whose decomposition rank (decomposition level) is 1 A region of pixels, a 2 × 2 pixel region of frequency band components (HH 2 , HL 2 , LH 2 ) having a decomposition rank of 2, and a frequency band component (HH 3 , HL 3 , LH 3 , 3 ) of a decomposition rank of 3 LL 3 ) corresponds to an area of one pixel. In the drawing, regions A to J at the same phase position are shown. When the isolated point detection unit 201 determines that the pixel j having the frequency band component HH 1 is an isolated point, the isolated point detection unit 201 sets the gradation value of the region J of 4 × 4 pixels including the pixel j to 0 and the same phase as the region J. The gradation values of the regions B to I at the position are set to 0. It is preferable to not change the gradation value for the area A of the frequency band components LL 3 as described above.

なお、孤立点検出部201にて原画像の画素単位で孤立点(雑音)を除去することができるようにするために、周波数分解部10にてデシメーション無し(すなわち、周波数帯域成分の画像サイズの縮小無し)で周波数分解を行い、生成される各周波数帯域成分の画像サイズを同一としてもよい。   In order to enable the isolated point detection unit 201 to remove isolated points (noise) in units of pixels of the original image, the frequency resolution unit 10 does not perform decimation (that is, the image size of the frequency band component). Frequency decomposition may be performed with no reduction), and the generated image size of each frequency band component may be the same.

再構成部202は、孤立点検出部201から入力される孤立点検出後の周波数帯域成分を用いて再構成処理を行い、雑音除去画像を生成し、階調削減初期情報生成部30に出力する。例えば、周波数分解部10においてn階ウェーブレット分解を行って周波数帯域成分を生成していた場合には、孤立点検出後の周波数帯域成分をn階ウェーブレット再構成する。   The reconstruction unit 202 performs reconstruction processing using the frequency band components after detection of isolated points input from the isolated point detection unit 201, generates a noise-removed image, and outputs the noise reduction image to the gradation reduction initial information generation unit 30. . For example, when the frequency decomposition unit 10 performs n-th order wavelet decomposition to generate frequency band components, the frequency band components after detection of isolated points are reconfigured in the n-th order wavelet.

階調削減初期情報生成部30は、雑音除去画像生成部20により生成された雑音除去画像のヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、削減ビット数に基づく階調変換テーブルを生成する。そして、訓練データ及び階調変換テーブルを階調削減部40に出力する。なお、削減ビット数はユーザにより指定されるものとする。   The gradation reduction initial information generation unit 30 generates a histogram of the noise-removed image generated by the noise-removed image generation unit 20 as training data, and generates a gradation conversion table based on the number of reduced bits. Then, the training data and the gradation conversion table are output to the gradation reduction unit 40. It is assumed that the number of bits to be reduced is specified by the user.

図6は、階調削減初期情報生成部30の構成例を示すブロック図である。図6に示すように、階調削減初期情報生成部30は、ヒストグラム生成部301と、階調変換テーブル生成部302と、を備える。   FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the gradation reduction initial information generation unit 30. As illustrated in FIG. 6, the gradation reduction initial information generation unit 30 includes a histogram generation unit 301 and a gradation conversion table generation unit 302.

ヒストグラム生成部301は、雑音除去画像生成部20により生成された雑音除去画像について階調値ごとの度数を示すヒストグラムを訓練データとして生成し、階調削減部40に出力する。   The histogram generation unit 301 generates, as training data, a histogram indicating the frequency for each gradation value for the noise-removed image generated by the noise-removed image generation unit 20, and outputs the training data to the gradation reduction unit 40.

階調変換テーブル生成部302は、階調削減ビット数に応じて階調変換テーブルを生成し、階調削減部40に出力する。階調変換テーブルは、原画像の色深度がnビット(階調数2)、階調削減ビット数がmビットの場合、nビットを(n−m)ビットに線形変換する階調変換テーブルである。 The gradation conversion table generation unit 302 generates a gradation conversion table according to the number of gradation reduction bits and outputs it to the gradation reduction unit 40. The gradation conversion table is a gradation conversion table that linearly converts n bits into (nm) bits when the color depth of the original image is n bits (number of gradations 2 n ) and the number of gradation reduction bits is m bits. It is.

階調削減部40は、階調削減初期情報生成部30により生成された訓練データ及び階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により、原画像の階調を削減した階調削減画像を生成する。階調削減部40は、訓練データの度数に応じて各階調の量子化ステップを決定して階調削減画像を生成した後、階調削減画像を逆階調変換して原画像と同じ階調数の画像を生成する。そして、原画像と逆階調変換した画像との差分値が所定の閾値以下となるまで、訓練データ、及び階調変換テーブルを更新し、階調削減処理を繰り返し行う。Lloyd-Max法によれば、度数の高い階調ほど量子化ステップを小さくするため、原画像と階調削減画像との誤差を小さくすることができる。Lloyd-Max法の詳細については、非特許文献1及び2を参照されたい。   The gradation reduction unit 40 generates a gradation-reduced image in which the gradation of the original image is reduced by the Lloyd-Max method using the training data generated by the gradation reduction initial information generation unit 30 and the gradation conversion table as initial values. Generate. The gradation reduction unit 40 determines a quantization step for each gradation according to the frequency of the training data and generates a gradation reduced image, and then performs inverse gradation conversion on the gradation reduced image to obtain the same gradation as the original image. Generate a number of images. Then, the training data and the gradation conversion table are updated and the gradation reduction process is repeated until the difference value between the original image and the image obtained by inverse gradation conversion is equal to or less than a predetermined threshold. According to the Lloyd-Max method, since the quantization step is reduced as the frequency becomes higher, the error between the original image and the gradation-reduced image can be reduced. See Non-Patent Documents 1 and 2 for details of the Lloyd-Max method.

上述したように、実施例1の階調削減装置1は、周波数分解部10により原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成し、雑音除去画像生成部20により周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出し、原画像から孤立点を除去した雑音除去画像を生成し、階調削減初期情報生成部30により雑音除去画像のヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成し、階調削減部40により訓練データ及び階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により原画像の階調を削減する。   As described above, the gradation reduction apparatus 1 according to the first embodiment generates a plurality of frequency band components by frequency-decomposing the original image by the frequency decomposition unit 10 and analyzes the frequency band components by the noise removal image generation unit 20. The isolated point of the original image is detected, a noise-removed image from which the isolated point has been removed from the original image is generated, and a histogram of the noise-removed image is generated as training data by the gradation reduction initial information generation unit 30, and gradation is A gradation conversion table for reduction is generated, and the gradation reduction unit 40 reduces the gradation of the original image by the Lloyd-Max method using the training data and the gradation conversion table as initial values.

このように、実施例1の階調削減装置1によれば、雑音を考慮して階調変換することにより、視覚的かつ信号処理的に優れ、画像ごとに最適化された階調削減を行うことができる。特に、階調削減を行う際に雑音を平滑化することで、雑音成分による主観画質劣化を低減することができる。   As described above, according to the gradation reduction apparatus 1 of the first embodiment, gradation conversion is performed in consideration of noise, and thus gradation reduction that is excellent in visual and signal processing and optimized for each image is performed. be able to. In particular, by smoothing noise when performing gradation reduction, it is possible to reduce subjective image quality degradation due to noise components.

なお、上述した階調削減装置1として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができる。そのようなコンピュータは、階調削減装置1の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。   Note that a computer can be suitably used to cause the above-described gradation reduction apparatus 1 to function. Such a computer stores a program describing the processing contents for realizing each function of the gradation reduction apparatus 1 in a storage unit of the computer, and reads and executes the program by the CPU of the computer. Can be realized.

次に、本発明の実施例2の階調削減装置について説明する。実施例2の階調削減装置は、原画像のグラデーションを考慮して原画像の階調を削減する。   Next, the gradation reduction apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The gradation reduction apparatus according to the second embodiment reduces the gradation of the original image in consideration of the gradation of the original image.

図7は、実施例2の階調削減装置の構成例を示すブロック図である。図7に示すように、階調削減装置2は、周波数分解部10と、グラデーション画像生成部50と、階調削減初期情報生成部31と、階調削減部40と、を備える。実施例2の階調削減装置2は、実施例1の階調削減装置1と比較して、雑音除去画像生成部20に代えてグラデーション画像生成部50を備え、階調削減初期情報生成部30に代えて階調削減初期情報生成部31を備える点が相違する。   FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of the gradation reduction apparatus according to the second embodiment. As shown in FIG. 7, the gradation reduction device 2 includes a frequency decomposition unit 10, a gradation image generation unit 50, a gradation reduction initial information generation unit 31, and a gradation reduction unit 40. Compared with the gradation reduction device 1 of the first embodiment, the gradation reduction device 2 of the second embodiment includes a gradation image generation unit 50 instead of the noise-removed image generation unit 20, and includes a gradation reduction initial information generation unit 30. The difference is that a gradation reduction initial information generation unit 31 is provided instead.

周波数分解部10は、実施例1と同様に、原画像を周波数分解(例えば、ウェーブレット分解)して複数の周波数帯域成分を生成し、グラデーション画像生成部50に出力する。   Similarly to the first embodiment, the frequency decomposition unit 10 performs frequency decomposition (for example, wavelet decomposition) on the original image to generate a plurality of frequency band components, and outputs the frequency band components to the gradation image generation unit 50.

グラデーション画像生成部50は、周波数分解部10により生成された周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成する。そして、グラデーション画像を階調削減初期情報生成部31に出力する。   The gradation image generation unit 50 detects the gradation region of the original image by analyzing the frequency band component generated by the frequency decomposition unit 10, and generates a gradation image including only the gradation region. Then, the gradation image is output to the gradation reduction initial information generation unit 31.

図8は、グラデーション画像生成部50の構成例を示すブロック図である。図8に示すように、グラデーション画像生成部50は、グラデーション領域検出部501と、再構成部502と、を備える。   FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of the gradation image generation unit 50. As shown in FIG. 8, the gradation image generation unit 50 includes a gradation region detection unit 501 and a reconstruction unit 502.

グラデーション領域検出部501は、周波数分解部10により生成された周波数帯域成分の各位相位置の空間周波数スペクトルを取得して、同じ位相位置における空間低周波パワーの割合(全周波数帯域のスペクトルに対する空間低周波帯域のスペクトルの割合)を算出し、該空間低周波パワーの割合が所定のスペクトルパワー閾値を超える領域をグラデーション領域と決定する。そして、検出したグラデーション領域のみからなる画像を、再構成部502に出力する。   The gradation area detection unit 501 acquires the spatial frequency spectrum of each phase position of the frequency band component generated by the frequency decomposition unit 10 and obtains the ratio of the spatial low frequency power at the same phase position (the spatial low frequency relative to the spectrum of the entire frequency band). The ratio of the spectrum in the frequency band) is calculated, and an area where the ratio of the spatial low frequency power exceeds a predetermined spectrum power threshold is determined as the gradation area. Then, an image including only the detected gradation area is output to the reconstruction unit 502.

階調削減ビット数が大きいほど、本来階調が滑らかに変化する領域が階段状に変化する領域となり、擬似輪郭が発生する可能性が高くなる。そして、階調が階段状に変化する領域では、空間高周波パワーの割合が増す。このため、グラデーション領域検出部501は、階調削減ビット数が大きいほどスペクトルパワー閾値が小さくなるように決定して、グラデーション領域の検出精度を高くするのが好適である。   As the number of gradation reduction bits is larger, the area where the gradation changes naturally becomes an area where the gradation changes stepwise, and the possibility that a pseudo contour is generated increases. And in the area | region where a gradation changes stepwise, the ratio of spatial high frequency power increases. For this reason, it is preferable that the gradation area detection unit 501 determines that the spectrum power threshold is smaller as the number of gradation reduction bits is larger, thereby increasing the detection accuracy of the gradation area.

また、グラデーション領域検出部501は、階調削減ビット数とスペクトルパワー閾値とを対応付けた対応表を予め記憶し、対応表に基づいてスペクトルパワー閾値を決定するようにしてもよい。表1に、階調削減ビット数とスペクトルパワー閾値の対応表の一例を示す。なお、スペクトルパワー閾値は最大で1である。   Further, the gradation area detection unit 501 may store a correspondence table in which the number of gradation reduction bits and the spectrum power threshold are associated in advance, and determine the spectrum power threshold based on the correspondence table. Table 1 shows an example of a correspondence table between the number of gradation reduction bits and the spectrum power threshold. The spectrum power threshold is 1 at maximum.

Figure 0005934031
Figure 0005934031

図9は、グラデーション領域検出部501による処理を説明する図である。デシメーション有り(すなわち、周波数帯域成分の画像サイズの縮小有り)で3階ウェーブレット分解をした場合、分解階数(分解レベル)が1の周波数帯域成分(HH,HL,LH)の4×4画素の領域と、分解階数が2の周波数帯域成分(HH,HL,LH)の2×2画素の領域と、分解階数が3の周波数帯域成分(HH,HL,LH,LL)の1画素の領域とが対応する。図中には、同じ位相位置にある領域A〜Jを示している。周波数帯域成分LLの領域Aのパワーの割合を求める際は、領域A〜Jに対する領域Aのパワーの割合を求めることとなる。領域Aのパワーの割合がスペクトルパワー閾値以下である場合には、領域Aと同じ位相位置にある領域B〜Iの階調値を0とする。 FIG. 9 is a diagram for explaining processing by the gradation area detection unit 501. When the third-order wavelet decomposition is performed with decimation (that is, the image size of the frequency band component is reduced), 4 × 4 of frequency band components (HH 1 , HL 1 , LH 1 ) whose decomposition rank (decomposition level) is 1 A region of pixels, a 2 × 2 pixel region of frequency band components (HH 2 , HL 2 , LH 2 ) having a decomposition rank of 2, and a frequency band component (HH 3 , HL 3 , LH 3 , 3 ) of a decomposition rank of 3 LL 3 ) corresponds to an area of one pixel. In the drawing, regions A to J at the same phase position are shown. When the ratio of the power of the area A of the frequency band component LL 3 is obtained, the ratio of the power of the area A to the areas A to J is obtained. When the power ratio of the region A is equal to or less than the spectral power threshold, the gradation values of the regions B to I in the same phase position as the region A are set to 0.

なお、グラデーション領域検出部501にて原画像の画素単位でグラデーション領域を検出することができるようにするために、周波数分解部10にてデシメーション無し(すなわち、周波数帯域成分の画像サイズの縮小無し)で周波数分解を行い、生成される各周波数帯域成分の画像サイズを同一としてもよい。   In order to enable the gradation area detection unit 501 to detect the gradation area in units of pixels of the original image, the frequency resolution unit 10 does not perform decimation (that is, there is no reduction in the image size of the frequency band component). The frequency resolution may be performed in step S1 to generate the same image size for each frequency band component generated.

再構成部502は、グラデーション領域検出部501から入力されるグラデーション領域検出後の周波数帯域成分を用いて再構成処理を行い、グラデーション画像を生成し、階調削減初期情報生成部30に出力する。例えば、周波数分解部10においてn階ウェーブレット分解を行って周波数帯域成分を生成していた場合には、グラデーション領域検出後の周波数帯域成分をn階ウェーブレット再構成する。   The reconstruction unit 502 performs reconstruction processing using the frequency band component after gradation region detection input from the gradation region detection unit 501, generates a gradation image, and outputs the gradation image to the gradation reduction initial information generation unit 30. For example, when the frequency decomposition unit 10 performs n-th order wavelet decomposition to generate frequency band components, the frequency band components after gradation region detection are reconfigured to the nth order wavelet.

階調削減初期情報生成部31は、原画像、及びグラデーション画像生成部50により生成されたグラデーション画像に基づいて訓練データを生成するとともに、削減ビット数に基づく階調変換テーブルを生成する。そして、訓練データ及び階調変換テーブルを階調削減部40に出力する。   The gradation reduction initial information generation unit 31 generates training data based on the original image and the gradation image generated by the gradation image generation unit 50, and also generates a gradation conversion table based on the number of reduction bits. Then, the training data and the gradation conversion table are output to the gradation reduction unit 40.

図10は、階調削減初期情報生成部31の構成例を示すブロック図である。図10に示すように、階調削減初期情報生成部31は、ヒストグラム生成部311と、重み付け部312と、階調変換テーブル生成部313と、を備える。   FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of the gradation reduction initial information generation unit 31. As illustrated in FIG. 10, the gradation reduction initial information generation unit 31 includes a histogram generation unit 311, a weighting unit 312, and a gradation conversion table generation unit 313.

ヒストグラム生成部311は、原画像について階調値ごとの度数を示すヒストグラムを生成し、重み付け部312に出力する。   The histogram generation unit 311 generates a histogram indicating the frequency for each gradation value for the original image, and outputs the histogram to the weighting unit 312.

重み付け部312は、グラデーション画像生成部50により生成されたグラデーション画像の階調値を検出し、ヒストグラム生成部311により生成された原画像のヒストグラムに対して、グラデーション画像の度数が高くなるように重み付けする。そして、重み付けしたヒストグラムを訓練データとして階調削減部40に出力する。例えば、グラデーション画像のヒストグラムの度数を、所定の1を超える値(例えば、1.2)を乗じた値に変更する。なお、度数の高い階調値ほど重みを大きくするようにしてもよい。重み付けをしたヒストグラムを訓練データとすることにより、階調削減部40にて階調削減を行う際に、グラデーション領域により多くの階調を割り当てることができる。   The weighting unit 312 detects the gradation value of the gradation image generated by the gradation image generation unit 50 and performs weighting so that the frequency of the gradation image is higher than the histogram of the original image generated by the histogram generation unit 311. To do. Then, the weighted histogram is output to the gradation reduction unit 40 as training data. For example, the frequency of the histogram of the gradation image is changed to a value multiplied by a value exceeding a predetermined value 1 (for example, 1.2). It should be noted that the higher the frequency, the higher the weight. By using the weighted histogram as training data, more gradations can be assigned to the gradation area when the gradation reduction unit 40 performs gradation reduction.

階調変換テーブル生成部313は、階調削減ビット数に応じて階調変換テーブルを生成し、階調削減部40に出力する。階調変換テーブルは、原画像の色深度がnビット(階調数2)、階調削減ビット数がmビットの場合、nビットを(n−m)ビットに線形変換する階調変換テーブルである。 The gradation conversion table generation unit 313 generates a gradation conversion table according to the number of gradation reduction bits and outputs it to the gradation reduction unit 40. The gradation conversion table is a gradation conversion table that linearly converts n bits into (nm) bits when the color depth of the original image is n bits (number of gradations 2 n ) and the number of gradation reduction bits is m bits. It is.

階調削減部40は、実施例1と同様に、階調削減初期情報生成部31により生成された訓練データ及び階調変換テーブルを初期値として用いたLloyd−Max法により、原画像の階調を削減した階調削減画像を生成する。   Similar to the first embodiment, the gradation reduction unit 40 uses the training data generated by the gradation reduction initial information generation unit 31 and the gradation conversion table as an initial value to perform the gradation of the original image by the Lloyd-Max method. A gradation-reduced image with reduced image is generated.

上述したように、実施例2の階調削減装置2は、周波数分解部10により原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成し、グラデーション画像生成部50により周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成し、階調削減初期情報生成部31により原画像のヒストグラムに対して、グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けしたヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成し、階調削減部40により訓練データ及び階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により原画像の階調を削減する。   As described above, the gradation reduction apparatus 2 according to the second embodiment generates a plurality of frequency band components by frequency-decomposing the original image by the frequency decomposition unit 10 and analyzes the frequency band components by the gradation image generation unit 50. The gradation area of the original image is detected, a gradation image consisting only of the gradation area is generated, and the gradation reduction initial information generation unit 31 causes the gradation value of the gradation image to be higher than the histogram of the original image. Is generated as training data, a gradation conversion table for reducing gradation is generated, and the gradation reduction unit 40 uses the training data and the gradation conversion table as initial values by the Lloyd-Max method. Reduce the gradation of the original image.

このように、実施例2の階調削減装置2によれば、グラデーションを考慮して階調変換することにより、視覚的かつ信号処理的に優れ、画像ごとに最適化された階調削減を行うことができる。特に、階調削減を行う際にグラデーション階調に多くの階調を割り当てることで、階調復元時の擬似輪郭の発生を抑制することができる。   As described above, according to the gradation reduction device 2 of the second embodiment, gradation conversion is performed in consideration of gradation, so that gradation reduction that is excellent in visual and signal processing and optimized for each image is performed. be able to. In particular, by assigning a large number of gradations to gradation gradations when performing gradation reduction, it is possible to suppress the occurrence of pseudo contours during gradation restoration.

なお、上述した階調削減装置2として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができる。そのようなコンピュータは、階調削減装置2の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。   Note that a computer can be suitably used in order to function as the gradation reduction device 2 described above. Such a computer stores a program describing processing contents for realizing each function of the gradation reduction device 2 in a storage unit of the computer, and reads and executes the program by the CPU of the computer. Can be realized.

次に、本発明の実施例3の階調削減装置について説明する。実施例3の階調削減装置は、原画像の雑音及びグラデーションを考慮して原画像の階調を削減する。   Next, a gradation reducing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described. The gradation reduction apparatus according to the third embodiment reduces the gradation of the original image in consideration of noise and gradation of the original image.

図11は、実施例3の階調削減装置の構成例を示すブロック図である。図11に示すように、階調削減装置3は、周波数分解部10と、雑音除去画像生成部20と、グラデーション画像生成部50と、階調削減初期情報生成部32と、階調削減部40と、を備える。実施例3の階調削減装置3は、実施例1の階調削減装置1と比較して、グラデーション画像生成部50を更に備え、階調削減初期情報生成部30に代えて階調削減初期情報生成部32を備える点が相違する。   FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of the gradation reducing apparatus according to the third embodiment. As shown in FIG. 11, the gradation reduction device 3 includes a frequency decomposition unit 10, a noise-removed image generation unit 20, a gradation image generation unit 50, a gradation reduction initial information generation unit 32, and a gradation reduction unit 40. And comprising. The gradation reduction device 3 according to the third embodiment further includes a gradation image generation unit 50 as compared with the gradation reduction device 1 according to the first embodiment, and replaces the gradation reduction initial information generation unit 30 with gradation reduction initial information. The point provided with the production | generation part 32 is different.

周波数分解部10は、実施例1と同様に、原画像を周波数分解(例えば、ウェーブレット分解)して複数の周波数帯域成分を生成する。そして、周波数帯域成分を雑音除去画像生成部20及びグラデーション画像生成部50に出力する。   Similarly to the first embodiment, the frequency decomposition unit 10 performs frequency decomposition (for example, wavelet decomposition) on the original image to generate a plurality of frequency band components. Then, the frequency band component is output to the noise removal image generation unit 20 and the gradation image generation unit 50.

雑音除去画像生成部20は、実施例1と同様に、周波数分解部10により生成された周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出し、該孤立点を雑音とみなす。そして、原画像から雑音が除去された雑音除去画像を生成し、階調削減初期情報生成部32に出力する。   Similar to the first embodiment, the noise-removed image generation unit 20 analyzes the frequency band component generated by the frequency decomposition unit 10 to detect an isolated point of the original image, and regards the isolated point as noise. Then, a noise-removed image from which noise has been removed from the original image is generated and output to the gradation reduction initial information generation unit 32.

グラデーション画像生成部50は、実施例2と同様に、周波数分解部10により生成された周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成する。そして、グラデーション画像を階調削減初期情報生成部32に出力する。   As in the second embodiment, the gradation image generation unit 50 analyzes the frequency band component generated by the frequency decomposition unit 10 to detect the gradation area of the original image, and generates a gradation image including only the gradation area. Then, the gradation image is output to the gradation reduction initial information generation unit 32.

階調削減初期情報生成部32は、雑音除去画像生成部20により生成された雑音除去画像、及びグラデーション画像生成部50により生成されたグラデーション画像に基づいて訓練データを生成するとともに、削減ビット数に基づく階調変換テーブルを生成する。そして、訓練データ及び階調変換テーブルを階調削減部40に出力する。   The gradation reduction initial information generation unit 32 generates training data based on the noise-removed image generated by the noise-removed image generation unit 20 and the gradation image generated by the gradation image generation unit 50, and reduces the number of bits to be reduced. A gradation conversion table is generated based on the gradation conversion table. Then, the training data and the gradation conversion table are output to the gradation reduction unit 40.

図12は、階調削減初期情報生成部32の構成例を示すブロック図である。図12に示すように、階調削減初期情報生成部32は、ヒストグラム生成部321と、重み付け部322と、階調変換テーブル生成部323と、を備える。   FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of the gradation reduction initial information generation unit 32. As illustrated in FIG. 12, the gradation reduction initial information generation unit 32 includes a histogram generation unit 321, a weighting unit 322, and a gradation conversion table generation unit 323.

ヒストグラム生成部321は、雑音除去画像生成部20により生成された雑音除去画像について階調値ごとの度数を示すヒストグラムを生成し、重み付け部322に出力する。   The histogram generation unit 321 generates a histogram indicating the frequency for each gradation value for the noise-removed image generated by the noise-removed image generation unit 20, and outputs the histogram to the weighting unit 322.

重み付け部322は、グラデーション画像生成部50により生成されたグラデーション画像の階調値を検出し、ヒストグラム生成部321により生成された雑音除去画像のヒストグラムに対して、グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けする。そして、重み付けしたヒストグラムを訓練データとして階調削減部40に出力する。例えば、グラデーション画像の階調値の度数を、所定の1を超える値(例えば、1.2)を乗じた値に変更する。なお、度数の高いグラデーション画像の階調値ほど重みを大きくするようにしてもよい。重み付けしたヒストグラムを訓練データとすることにより、階調削減部40にて階調削減を行う際に、グラデーション領域により多くの階調を割り当てることができる。   The weighting unit 322 detects the gradation value of the gradation image generated by the gradation image generation unit 50, and the frequency of the gradation value of the gradation image is determined with respect to the histogram of the noise-removed image generated by the histogram generation unit 321. Weight to be higher. Then, the weighted histogram is output to the gradation reduction unit 40 as training data. For example, the frequency of the gradation value of the gradation image is changed to a value obtained by multiplying a predetermined value exceeding 1 (for example, 1.2). Note that the weight may be increased as the gradation value of the gradation image having a higher frequency. By using the weighted histogram as training data, more gradations can be assigned to the gradation area when the gradation reduction unit 40 performs gradation reduction.

階調変換テーブル生成部323は、階調削減ビット数に応じて階調変換テーブルを生成し、階調削減部40に出力する。階調変換テーブルは、原画像の色深度がnビット(階調数2)、階調削減ビット数がmビットの場合、nビットを(n−m)ビットに線形変換する階調変換テーブルである。 The gradation conversion table generation unit 323 generates a gradation conversion table according to the number of gradation reduction bits and outputs it to the gradation reduction unit 40. The gradation conversion table is a gradation conversion table that linearly converts n bits into (nm) bits when the color depth of the original image is n bits (number of gradations 2 n ) and the number of gradation reduction bits is m bits. It is.

階調削減部40は、実施例1と同様に、階調削減初期情報生成部32により生成された訓練データ及び階調変換テーブルを初期値として用いたLloyd−Max法により、原画像の階調を削減した階調削減画像を生成する。   Similar to the first embodiment, the gradation reduction unit 40 uses the training data generated by the gradation reduction initial information generation unit 32 and the gradation conversion table as an initial value to perform the gradation of the original image by the Lloyd-Max method. A gradation-reduced image with reduced image is generated.

上述したように、実施例3の階調削減装置3は、周波数分解部10により原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成し、雑音除去画像生成部20により周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出し、原画像から孤立点を除去した雑音除去画像を生成し、グラデーション画像生成部50により周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成し、階調削減初期情報生成部32により雑音除去画像のヒストグラムに対し、グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けしたヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成し、階調削減部40により訓練データ及び階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により、原画像の階調を削減する。   As described above, the gradation reduction device 3 according to the third embodiment generates a plurality of frequency band components by frequency-decomposing the original image by the frequency decomposition unit 10, and analyzes the frequency band components by the noise removal image generation unit 20. An isolated point of the original image is detected, a noise-removed image is generated by removing the isolated point from the original image, a gradation region of the original image is detected by analyzing a frequency band component by the gradation image generation unit 50, and the gradation region A gradation image consisting only of the above, and the gradation reduction initial information generation unit 32 generates a histogram weighted so that the frequency of the gradation value of the gradation image is higher than the histogram of the noise-removed image as training data, A gradation conversion table for reducing gradation is generated, and training data and gradation conversion table are generated by the gradation reduction unit 40. The Lloyd-Max method using as an initial value, reducing the gray scale of the original image.

このように、実施例3の階調削減装置3によれば、雑音領域及びグラデーションを考慮して階調変換することにより、視覚的かつ信号処理的に優れ、画像ごとに最適化された階調削減を行うことができる。特に、階調削減を行う際に、雑音を平滑化し、且つグラデーション階調に多くの階調を割り当てることで、雑音成分による主観画質劣化を低減し、且つ階調復元時の擬似輪郭の発生を抑制することができる。   As described above, according to the gradation reduction device 3 of the third embodiment, the gradation conversion is performed in consideration of the noise region and gradation, so that the gradation is excellent in visual and signal processing and optimized for each image. Reductions can be made. In particular, when performing gradation reduction, smoothing noise and assigning many gradations to gradation gradations reduces subjective image quality degradation due to noise components, and also generates pseudo contours during gradation restoration. Can be suppressed.

なお、上述した階調削減装置3として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、階調削減装置3の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。   Note that a computer can be suitably used to function as the gradation reduction device 3 described above, and such a computer can store a program that describes the processing contents for realizing each function of the gradation reduction device 3. This program can be realized by reading out and executing the program by the CPU of the computer.

上述の各実施形態は、個々に代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施例では周波数分解としてウェーブレット分解を用いているが、これに限られるものではない。   Each of the above embodiments has been described as a representative example, but it will be apparent to those skilled in the art that many changes and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims. For example, in the embodiment, wavelet decomposition is used as frequency decomposition, but the present invention is not limited to this.

このように、本発明は、階調を削減する任意の用途に有用である。例えば、スーパーハイビジョンのように解像度が高いため十分な光量が得られない場合に雑音成分が多くなる画像を階調削減したり、12ビット階調を8ビット階調以下に大きく階調削減したりする用途に特に有用である。   Thus, the present invention is useful for any application that reduces gradation. For example, to reduce the gradation of an image that has a large noise component when a sufficient amount of light cannot be obtained due to high resolution, such as Super Hi-Vision, or to greatly reduce the gradation from 12-bit gradation to 8-bit gradation or less. It is particularly useful for applications.

1,2,3 階調削減装置
10 周波数分解部
20 雑音除去画像生成部
30,31,32 階調削減初期情報生成部
40 階調削減部
50 グラデーション画像生成部
201 孤立点検出部
202 再構成部
301,311,321 ヒストグラム生成部
302,313,323 階調変換テーブル生成部
312,322 重み付け部
501 グラデーション領域検出部
502 再構成部
1, 2, 3 Gradation reduction device 10 Frequency decomposition unit 20 Noise removal image generation unit 30, 31, 32 Gradation reduction initial information generation unit 40 Gradation reduction unit 50 Gradation image generation unit 201 Isolated point detection unit 202 Reconstruction unit 301, 311, 321 Histogram generation unit 302, 313, 323 Gradation conversion table generation unit 312, 322 Weighting unit 501 Gradation area detection unit 502 Reconfiguration unit

Claims (6)

原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成する周波数分解部と、
前記周波数帯域成分を解析して原画像の孤立点を検出し、原画像から孤立点を除去した雑音除去画像を生成する雑音除去画像生成部と、
前記雑音除去画像のヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成する階調削減初期情報生成部と、
前記訓練データ及び前記階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により前記原画像の階調を削減する階調削減部と、
を備えることを特徴とする階調削減装置。
A frequency resolving unit that generates a plurality of frequency band components by frequency resolving the original image;
A noise-removed image generation unit that analyzes the frequency band component to detect an isolated point of the original image and generates a noise-removed image in which the isolated point is removed from the original image;
A tone reduction initial information generating unit that generates a histogram of the noise-removed image as training data and generates a tone conversion table for reducing tone,
A gradation reduction unit that reduces the gradation of the original image by the Lloyd-Max method using the training data and the gradation conversion table as initial values;
A gradation reduction device comprising:
前記雑音除去画像生成部は、前記周波数帯域成分のうち、最も高い周波数帯域成分について、第1の閾値を超える画素の階調値を1、前記第1の閾値以下の画素の階調値を0とする2値化画像を生成し、前記2値化画像の階調値が1である画素について、該画素を中心とする所定の判定領域内の階調値の合計値が第2の閾値以下である場合には、当該画素に対応する原画像の画素を孤立点と判定することを特徴とする、請求項に記載の階調削減装置。 The noise-removed image generation unit sets a gradation value of a pixel exceeding a first threshold value to 1 and a gradation value of a pixel equal to or less than the first threshold value to 0 for the highest frequency band component among the frequency band components. For a pixel having a gradation value of 1 in the binarized image, the total value of the gradation values in a predetermined determination area centered on the pixel is equal to or less than a second threshold value. If it is is characterized by determining a pixel of the original image corresponding to the pixel an isolated point, the gradation reduction apparatus according to claim 1. 前記周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成するグラデーション画像生成部を更に備え、
前記階調削減初期情報生成部は、前記雑音除去画像のヒストグラムに対して、前記グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けしたヒストグラムを前記訓練データとして生成することを特徴とする、請求項1又は2に記載の階調削減装置。
Further comprising: a gradation image generating unit that analyzes the frequency band component to detect a gradation area of the original image and generates a gradation image including only the gradation area;
The gradation reduction initial information generation unit generates, as the training data, a weighted weight so that the gradation value of the gradation image becomes higher than the histogram of the noise-removed image . The gradation reduction apparatus according to claim 1 or 2 .
原画像を周波数分解して複数の周波数帯域成分を生成する周波数分解部と、
前記周波数帯域成分を解析して原画像のグラデーション領域を検出し、該グラデーション領域のみからなるグラデーション画像を生成するグラデーション画像生成部と、
前記原画像のヒストグラムに対して、前記グラデーション画像の階調値の度数が高くなるように重み付けしたヒストグラムを訓練データとして生成するとともに、階調を削減するための階調変換テーブルを生成する階調削減初期情報生成部と、
前記訓練データ及び前記階調変換テーブルを初期値として用いるLloyd-Max法により、前記原画像の階調を削減する階調削減部と、
を備えることを特徴とする階調削減装置。
A frequency resolving unit that generates a plurality of frequency band components by frequency resolving the original image;
A gradation image generating unit that analyzes the frequency band component to detect a gradation region of the original image and generates a gradation image including only the gradation region;
A gradation that generates a gradation conversion table for reducing gradation while generating a histogram weighted so that the frequency of gradation values of the gradation image is higher than the histogram of the original image. A reduction initial information generation unit;
The Lloyd-Max method using the training data and the gradation conversion table as initial values, a gradation reducing unit that reduces the gradation of the original image,
A gradation reduction device comprising:
前記グラデーション画像生成部は、前記周波数帯域成分の各位相位置の空間周波数スペクトルを取得して空間低周波パワーの割合を算出し、該空間低周波パワーの割合が所定のスペクトルパワー閾値を超える領域をグラデーション領域と決定することを特徴とする、請求項3又は4に記載の階調削減装置。 The gradation image generation unit obtains a spatial frequency spectrum of each phase position of the frequency band component to calculate a spatial low frequency power ratio, and an area where the spatial low frequency power ratio exceeds a predetermined spectral power threshold. The gradation reduction device according to claim 3 or 4 , wherein the gradation reduction device is determined as a gradation region. コンピュータを、請求項1から5のいずれか一項に記載の階調削減装置として機能させるためのプログラム。   The program for functioning a computer as a gradation reduction apparatus as described in any one of Claim 1 to 5.
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